Estimativa do índice de área foliar usando três métodos distintos em stands deciduous puros

Lai, definida como metade da área de superfície foliar total por unidade da área de superfície terrestre^{horizontal 1}, é uma variável chave utilizada em muitos modelos de câmbio biofísicos e químicos focados em fluxos de carbono e água^{2,3, 4}. Lai é diretamente proporcional à superfície ativa das folhas onde conduz a produção preliminar (fotossíntese), a transpiração, a troca de energia, e outros atributos fisiológicos conectados com uma escala de processos do ecossistema na planta Comunidades Europeias⁵.

Foram desenvolvidas inúmeras abordagens e instrumentos para a realização da estimativa de Lai, estando atualmente disponíveis no mercado^6,7,8,9. Métodos baseados no solo para a realização de estimativa de LAI podem ser agrupados em duas categorias principais: (i) diretos e (II) métodos indiretos^10,11,12. O primeiro grupo inclui métodos que medem a área foliar diretamente, enquanto os métodos indiretos inferem o IAF a partir de medições de parâmetros mais prontamente mensuráveis, utilizando a teoria da transferência radiativa (em termos de tempo, Intensividade do trabalho e tecnologia)^{13 ,14}.

Este protocolo trata do uso prático de armadilhas de serapilheira e da técnica da agulha, como métodos semidiretos não destrutivos¹⁰; e o analisador do dossel da planta do dispositivo ótico como um método indireto^{6,7para executar} a estimativa de Lai em uma amostra escolhida da floresta decídua temperada está em Europa Central (veja suas características estruturais e dendrométricas em Apêndice A e Apêndice B).

Em florestas e cultivos decídua, é possível realizar a estimativa não destrutiva de LAI semidireta por meio de armadilhas de serapilheira¹¹ distribuídas abaixo da camada de dossel¹⁵. As armadilhas da maca fornecem valores precisos de LAI para as espécies deciduous em que o LAI alcança um platô dentro da estação de crescimento. No entanto, para espécies que podem substituir as folhas durante a época de cultivo, como o Álamo, o método superestima o LAI¹¹. Este método assume que o conteúdo das armadilhas representa a quantidade média de folhas que caem durante um período de queda foliar no estande¹⁶, especialmente durante os meses de outono. As armadilhas são caixas ou redes abertas (Figura 1) com um tamanho suficiente predeterminado (mínimo 0,18 m², mas preferivelmente sobre 0,25 m²)^10,17, lados laterais que impedem o vento das folhas de sopro em/fora de as armadilhas, e com uma parte inferior perfurada que evita a decomposição das folhas; que estão localizados abaixo da camada de dossel do estande estudado, no entanto, acima da superfície do solo¹¹. A distribuição das armadilhas pode ser aleatória¹⁸ ou sistemática em transectos¹⁹ ou uma grade de espaçamento regular²⁰. O número e a distribuição de armadilhas são um passo metodológico crucial para a realização de uma estimativa de LAI precisa, refletindo a estrutura de suporte única, homogeneidade espacial, velocidade e direção do vento esperada, especialmente no caso de estandes esparsos (ou becos e e a capacidade de trabalho para avaliar os dados. A precisão da estimativa de Lai aumenta com a frequência crescente de armadilhas dentro dos stands estudados^11,12( ver Figura 2).

A frequência recomendada de coleta de amostras da serapilheira-queda de cada armadilha é pelo menos mensalmente¹⁰ e mesmo duas vezes por semana em períodos de queda pesada, que pode coincidir com chuvas pesadas. É necessário evitar a decomposição da serapilheira nas armadilhas e a lixiviação de nutrientes do material durante episódios de chuva no caso de análise química. Após a coleta de folhas em um campo, uma subamostra mista é utilizada para estimar a área foliar específica (SLA, cm² g^-1)²², definida como a área projetada fresca das folhas para sua relação peso-massa seca. O restante da serapilheira coletada é seco a um peso constante e usado para calcular a massa seca da serapilheira como g cm^-2 no laboratório. A massa seca foliar em cada data de coleta é convertida na área foliar multiplicando a biomassa coletada por SLA ou massa seca foliar por área (LMA, g cm^-2) como parâmetro inverso ao SLA^23,24. Uma área projetada fresca de folhas particulares pode ser determinada usando uma aproximação planimetric. O método planimétrico baseia-se na dependência entre a área de uma folha específica e a área coberta pela folha na superfície horizontal. A folha é fixada horizontalmente à tela da varredura, e sua média é medida usando um medidor da área de folha. Em seguida, sua área é calculada. Muitos medidores de área foliar com base em diferentes princípios de medição estão disponíveis no mercado. Alguns deles incluem, por exemplo, o medidor de área foliar portátil LI-3000C, que usa o método de projeção ortogonal, e o medidor de área LI-3100C, que mede a média da folha usando uma fonte de luz fluorescente e uma câmera de digitalização semiconduzida. O dispositivo seguinte, o medidor portátil da área da folha do laser CI-202, codifica um comprimento da folha usando um leitor de código. Além deles, os medidores portáteis da área de folha AM350 e BSLM101 são usados igualmente para executar a estimativa exata da área de folha.

Além disso, os medidores de área foliar baseados em sistemas que analisam o vídeo existem. Estes medidores de área foliar consistem em uma câmera de vídeo, um quadro de digitalização, uma tela e um PC, incluindo software adequado para fazer a análise de dados, como WD3 WinDIAS folha de análise de imagem do sistema¹¹. Atualmente, os scanners convencionais conectados a um PC podem ser usados para estimar a área foliar. Posteriormente, a área foliar é calculada como um múltiplo do número de pixels pretos e seu tamanho depende da resolução selecionada (pontos por polegada – DPI), ou a área foliar é medida através de software específico, por exemplo, WinFOLIA. Finalmente, a massa seca total das folhas coletadas dentro de uma área de superfície à terra conhecida é convertida no LAI multiplicando pelo SLA e um coeficiente²⁵ do encolhimento que reflita as mudanças na área de folhas frescas e secadas. O encolhimento depende das espécies de árvores, do teor de água e da maciez foliar. O encolhimento das folhas no comprimento e na largura (o que afeta a área projetada) é geralmente até 10%²⁶, por exemplo, ele varia de 2,6 a 6,8% para o carvalho²⁷. A classificação das folhas por espécie para pesagem e o estabelecimento da razão específica da área foliar é necessária para determinar a contribuição de cada espécie para o total de LAI²⁸.

A determinação de Lai pela técnica da agulha é um método barato derivado do método de quadrat de ponto inclinado^29,30,31,32. Em estandes deciduous, é uma alternativa para a realização de estimativa de LAI sem o uso de armadilhas¹⁰ com base na suposição de que o número total de folhas e sua área em uma árvore são iguais ao que é coletado na superfície do solo após uma completa queda foliar²⁰ . Uma agulha afiada fina é perfurada verticalmente na maca que encontra-se na terra imediatamente depois da folha-queda¹⁰. Após a folha-queda completa, as folhas são coletadas da terra em uma agulha de uma ponta de prova vertical, são relacionadas ao número de contato e igualam o valor real de LAI. Uma amostragem intensiva (100-300 pontos de amostragem por suporte estudado por sonda de campo) pela técnica da agulha é necessária para quantificar um número médio de contato e para derivar o valor de Lai corretamente^10,20,33.

OAnalisador do dossel da planta(por exemplo, LAI-2000 ou LAI-2200 PCA) é um instrumento portátil comumente usado para realizar uma estimativa indireta de LAI, tomando uma medida da transmissão de luz em todo o dossel⁷dentro da porção azul filtrada do espectro de luz (320-490 nm)^34,35para minimizar a contribuição da luz que passou através das folhas, foi espalhado pelo dossel e está passando pela folhagem^7,34. Na parte azul do espectro de luz, o contraste máximo entre a folha e o céu é conseguido, e a folhagem aparece preta contra o céu³⁴. Portanto, baseia-se na análise de fração de Gap de dossel⁷. O instrumento tem sido amplamente utilizado para a realização de estudos eco-fisiológicos em comunidades vegetais, como culturas³⁶Pastagens³⁷, estandes de coníferas⁸, e estandes deciduous³⁸. O analisador do dossel da planta usa um sensor ótico do fisheye com um FOV de 148 °³⁵projetar uma imagem hemisférica do dossel sobre detectores de silício para organizá-los em cinco anéis concêntricos³⁹com ângulos centrais do Zenith de 7 °, 23 °, 38 °, 53 °, e 68 °^9,40,41. Cinco tampas de vista (i.e.,270 °, 180 °, 90 °, 45 °, e 10 °) podem ser usados para restringir a vista do azimute do sensor ótico²⁷para evitar o sombreamento por obstáculos em uma área aberta (para a leitura acima mencionada) ou o operador no FOV do sensor durante a estimativa de LAI pode ajustar o sensor FOV para uma área aberta para leituras acima do dossel. Medições utilizando o analisador de dossel da planta são tomadas acima (ou em uma área aberta suficientemente estendida) e abaixo do dossel estudado⁷. Os mesmos tampões da vista devem ser usados para acima e abaixo das leituras para evitar vieses da estimativa da fração da abertura³⁴. O LAI-2000 PCA produz um índice de área foliar efetivo (LAIe) como introduzido por Chen et al.⁴², ou melhor, um índice de área de planta efetivo (PAIe) como elementos lenhosos são incluídos no valor de leitura do sensor. Em carrinhos deciduous com folhas lisas, o LAIe é o mesmo que o LAI da Hemi-superfície. No caso dos carrinhos de floresta Evergreen, o LAIe é necessário corrigir para o efeito de aglutina no nível do tiro (SPAR, estrela)⁴³, o índice de aglomeração em escalas maiores do que a filmagem (Ω_E)⁴⁴, e a contribuição de elementos lenhosos, incluindo hastes e ramos (i.e.,relação Woody-to-total da área),⁴⁵que causam uma subestimação sistemática do LAI²⁰. O índice de aglomeração em uma escala espacial mais elevada do que o tiro ou a folha poderia ser quantificado como um índice de aglomeração aparente (ACF), que possa ser estimado usando o analisador do dossel da planta quando os tampões de vista mais restritivos são usados²⁷. Como esses autores afirmam que este ACF é deduzado a partir de uma proporção de valores de LAI calculados a partir de transmitância por diferentes procedimentos para dosséis homogêneos e não homogêneos de acordo com lang⁴⁶, nós presumimos que este índice de aglomeração descreve rather a homogeneidade do dossel. Além do cálculo de ACF, as tampas novas do difusor que permitem uma aplicação mais extensiva de LAI-2200 PCA no que diz respeito às condições meteorológicas, a um menu do usuário em vez dos códigos de FCT, e a possibilidade tomar muito mais medidas por a sessão de lima estão entre os principais tecnológicas em comparação com o antigo LAI-2000 PCA^34,47. As medições e os cálculos de software internos subsequentes baseiam-se em quatro pressupostos: (1) elementos da planta de bloqueio de luz, incluindo folhas, galhos e hastes, são distribuídos aleatoriamente no dossel, (2) folhagem é um corpo opticamente preto que absorve todos os luz que recebe, (3) todos os elementos da planta são a mesma projeção para a superfície do solo horizontal como uma forma convexa geométrica simples, (4) elementos da planta são pequenos em comparação com a área coberta por cada anel¹¹.